浅析小型水电站继电保护技术改进措施

浅析小型水电站继电保护技术改进措施
高瞻;吴磊;侯文茹
【摘要】我国面积广阔，地形复杂，所以小型水电站分布的比较多。

随着经济的迅速发展，对于小型水电站的要求日益提高。

小型水电站的继电保护技术是其中一项非常重要的技术，本文将结合当前小型水电站继电保护的实际情况，具体分析小型水轮发电机组继电保护中存在的主要问题，提出相应的技术改进措施，有效地保证水力发电设备的安全运行，提高供用电的可靠性。

【期刊名称】《低碳世界》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】2页(P83-84)
【关键词】水电站;继电保护;存在问题;技术改进;措施
【作者】高瞻;吴磊;侯文茹
【作者单位】中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072
【正文语种】中文
【中图分类】TM77
目前大多数小型水电站地处农村偏远地方，装机容量小，发电机端电压低，随着电力系统输配电网络的逐步完善及用电设备对电能质量要求的日益提高，小型水轮发电机组一般都与乡镇10kV电网并列运行，而很少作单机运行。

但是，由于小型水
轮发电机组的容量在电网中所占的比重甚微，系统不要求其承担调频任务，故这些小水电站的发电机组在一般情况下，没有设置一些自动装置，比如自动调速器，继电保护配置的也比较简单。

而且，因为小型水电站经常距离35kV变电站较远，为了减少投资，就很少使用专线进行输电，10kV的输电线路一般和农村用户10kV
的配电线路一起使用。

这样，就比较容易在10kV的干线变电站出口到干线和电站支线的分支点之间的任意一个开关或者跌落式的熔断器跳闸之后在这个开关线路上有欠频率，过频率，电压等故障，会严重影响到用电设备安全运行。

怎么样才能避免这些现象的发生，其中确保机组和用电设备的安全，是小型水电站的发电机组需要解决的关键技术问题。

继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，是继电保护系统最主要的控制部分，主要由电压和电流互感器、继电保护装置、断路器以及相应的二次回路接线构成。

互感器的作用是将一次系统的大电流，高电压变成二次系统小电流，低电压，使二次设备和保护装置小型化，方便安装，并将二次系统和高电压进行部分分离。

由于互感器的二次侧都接地，因此可以保证人员和设备的安全。

2.1 继电保护配置
小型水电站的继电保护选型设计时，就要考虑好继电保护，测量，信号，控制，计量等装置的相互配合，共同协调工作，根据水电站系统运行要求进行合理配置。

继电保护装置的配置与整定计算应充分考虑系统可能出现的不利情况，尽量避免在多重故障，复杂的情况下的继电保护的错误动作，既要达到系统的要求，同时还要保护装置充分的发挥效能，保障水电站的整个系统都处在高水平的运行状态。

2.2 继电保护的整定
小型水电站当中，继电保护的整定要特别的重视和水电站当中，每个系统之间密切的配合。

在整定计算结束之后，必须要模拟系统有可能出现的各种情况，要保证装
置的逻辑回路正确性可以得到验证；在整定困难的时候，要在尽可能的避免损失的前提之下，设置解列点；当选择性和灵敏性不能兼顾时，要首先保证其灵敏度，避免保护拒动。

2.3 继电保护的运行
在设备运行之前要按照有关要求，完成常规保护传动的实验，同时要加强设备遥控，遥遥测，遥调，遥信的操作和验收。

在设备运行过程中，要加强对设备的巡视，全天候的保障继电保护设备始终在正常运行，并要充分的利用故障的录波手段方法，对继电保护装置的动作行为进行录波和分析，从中找出薄弱环节、事故隐患，及时采取有效对策。

同时操作运行人员本身也应时刻提高警惕，在操作一次设备时应采取防止继电保护误动的有效措施，避免运行的人员由于人为的原因造成“误整定，误碰，误接线”等事故。

2.4 继电保护的检修
继电保护在检修的时候要合理的安排好检修作业的程序，要尽可能的缩短检修的时间；要对继电保护装置整定动作的情况进行认真地检查；在电压闭锁与电压切换回路，母线差动保护，断路器的失灵保护，远切，联切，远跳等有关的二次回路检修的时候，要做好安全的隔离措施。

发电机在运行过程中有可能发生定子侧的接地短路，定子绕组的相间短路等故障和转子一点接地，失磁，过负荷等一些不正常的运行情况，在原则上要安装保护的装置，但是考虑到小型水电站的装机容量比较小，设备简单，为减少投资，一般情况下，只安装了一些必要保护的装置。

当前，小型水电站当中，最为常见的一种成套的配电装置是BKSF型和HFS型的配电屏，两个配电屏都集保护，同期，控制等
功能为一体。

HFS型的配电屏保护装置包括过电压保护和定子绕组接地保护两种
类型，过电压保护是延时动作于跳闸，定子绕组接地保护是瞬时动作于跳闸，BKSF型的配电屏保护装置包含了过电压保护以及三相过电流保护两种，都是延时
动作于跳闸。

此外，为了防止机组在甩负荷的时候出现飞车，目前许多小水电站一般还装有消能电阻自动投入装置及自动关闭导水叶装置，这两种保护大多反应于过电压及保护出口继电器动作而动作。

由于小型水电站发电机组的继电保护及自动装置的配置相对简单，难免使保护效果不尽完善，机组在运行过程中常出现以下两方面问题：
4.1 使同线用户遭受危险的过电压
由于小型水电站输电线路一般与10kV农村配电线路共用，当10kV的线路站网在跳闸之后，假如电站一侧的在线用户的总负荷在小于电站即时出力，并且两者差值还在一定的范围之内的时候，发电机的输出电压就会大幅度的升高，但是又不足以使过电压保护动作，从而会使用电的设备仪器长时间的处在过电压的状态而被烧毁。

按照有关规定，低压水轮发电机的过电压保护整定值是1.5～1.7倍额定的电压，
该电压值对于大多数的用电设备都是难以接受的。

近几年来，一些小水电站就发生了因为发电机过电压造成同线的用电设备出现烧毁，引起发电，供电，用电之间的矛盾。

4.2 用户电源的频率出现偏移，机组飞逸的转速失控
一些小水电站带有恒压励磁装置，在10kV的线路站网跳闸之后，只要用户负荷的电流达不到过电流保护整定值的，发电机保护装置就不能正确动作，即使用户电源电压是基本恒定的，但是频率偏离于额定值较大，也会给用户造成损失；另一方面，由于反应于过电压及保护出口继电器动作而动作的防止飞车装置不能正常投入，使机组的飞逸转速无法得到控制。

5.1 适当的降低过电压保护整定值
在小型水电站安装发电机的过电压保护，其目的是为了防止发电机的定子绕组绝缘受到破坏，所以，整定值是按照定子绕组绝缘等级而确定的，通常为发电机的额定输出电压1.5～1.7倍。

但是事实上，大多数的低压水轮的发电机组励磁装置没有
携带灭磁开关，机组的过电压保护就只能动作在跳开发电机的主开关，不能动作于减磁或者灭磁，然而在发电机的主开关跳开之后，如果定子绕组还不能避免过电压危害，那仅动作在跳开发电机的主开关过电压保护，对于保护发电机来说，就没有实际的意义，但是它可以对同线的用户用电的设备起到作用，只是整定值比较高。

如果这样，可以适当的调低过电压保护整定值，使其最大限度的保护同线的用户。

5.2 增设高频率、低频率保护装置
高频率、低频率保护装置利用了其中的公共部分回路，高、低频继电器接于主开关电网侧是为了防止保护装置动作在机组并网之前。

因为对于并网的发电机组，正常运行的时候的频率偏差和电网频率偏差是相同的，最大的允许值是±0.5Hz，所以低频率，高频率的继电器整定值可以分别设定为49Hz和51Hz左右，在保护动作的时候，频率偏差就只是额定值的1%，此时，当10kV的线路站网在连结开关跳闸之后，只要用户用电设备的负荷和电站即时出力有一点差异，低频率或者高频率的保护装置就能动作。

当发电机组出力高于用户的负荷的时候，高频率的保护动作，反之低频率的保护动作。

对于克服带有恒压励磁功能的机组保护拒动非常有效，对于非恒压的励磁装置的机组来说，保护的灵敏度也大为提高，因为若按励磁装置的调差率为5%，高频率继电器的整定值为
51Hz计算，高频率继电器动作时，发电机的电压值仅升高7%，远低于过电压保护的整定值。

小型水电站的继电保护在通过采取上述技术的改进措施之后，10kV的线路站网在连结开关跳闸的时候，对同线用户过电压有效的进行了遏制，并且能够在短时间之内跳开发电机的主开关，使用户的用电设备摆脱不正常的电源。

在水电站安装消能电阻和自动关闭的导水叶装置，则发电机组的过电压和飞逸的转速可以得到有效的控制，就会大大提高电能质量以及电网运行安全，避免了发电，供电，用电之间的矛盾。

加强水电站的继电保护工作是非常重要的，希望越来越多的专业技术人员可
以加入到这方面的研究中来，给我国小型水电站的发展出一份力。

这样就可以提高小型水电站的运行质量，保证运行安全，为地方经济的发展做出应有的贡献。

【相关文献】
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[3]刘照恭.继电保护装置运行技术与故障分析[J].科技展望，2015（35）.
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